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1、汽车文化与常识 第7章汽车技术发展和汽车的未来,7.1现代汽车技术及其发展,7.1.1现代汽车技术的主要内容,汽车自1886年诞生至今，经过了100多年的发展，已成为当今世界经济中的支柱产业，也是我们工作和生活中不可缺少的部分。 随着科学技术的进步和计算机、新型材料、新工艺、新能源等技术在汽车上的应用，当今的汽车已演变成为一种精美绝伦的高科技产品。与传统汽车技术相比，现代汽车技术主要包括以计算机为核心的电子控制技术；以质轻、高强度为代表的新材料技术；应用现代设计理论和设计方法，以CAD(计算机辅助设计)为核心的整车及零部件新设计；融合当代制造技术的汽车制造新工艺；以减少石油燃料消耗、降低大气环
2、境污染为目的的新型能源动力汽车技术。 在这里着重介绍汽车的现代结构和控制技术，以及汽车的新型能源动力技术及发展现状。,7.1.1.1汽车电子控制技术 汽车电子化发展迅速，电子控制装置日新月异，层出不穷。目前常见的、较成熟的汽车电子控制技术的主要内容。,1.发动机的电子控制 发动机控制部分的内容，分为汽油机和柴油机两种。对于柴油发动机而言，主要有各种泵油喷射系统对燃油喷射量、燃油喷射时机控制以及高压共轨喷射，进气节流的控制和电热塞的电流控制。汽油发动机电子控制目前应用极为普遍，主要有：燃油喷射控制、点火控制、怠速控制、排放控制、进气及增压控制、稀薄燃烧及缸内直喷控制。 另外，随着微机技术的进一步
3、发展，微机将会在现代汽车上承担更重要的任务。,2.底盘的电子控制 底盘控制的内容正在增多，目前主要有：自动变速器控制、悬挂系统控制、动力转向控制，四轮转向控制、巡航控制、制动防抱死控制、驱动防滑控制、轮胎压力的监侧。 3.车身的电子控制 车身方面的控制主要是为司乘人员提供更为安全、更为方便和更为舒适的环境，并能够提高整车的市场竞争力。车身方面控制内容很多，主要有：安全气囊控制、安全带控制、防撞系统控制、灯光控制、门锁控制、防盗系统控制、自动空调控制、自动座椅控制、音响及音像系统控制。很多控制系统都达到了较高的智能化程度，例如安全气囊，它在关键时刻必须要能及时、正确地瞬时打开，但在极大多数时间内
4、气囊是处在待命状态，因此安全气囊的ECU必须具有自检、自维护能力，不断确认气囊系统的可正常运作的可靠性，确保动作的“万无一失”。,4.信息与通讯系统及其控制 该系统可让司乘人员更多更快地获取有关汽车各方面的信息；同时通过与车外通讯实现社会联结，以获取各种信息资料。主要有以下几方面的内容：数字化仪表(是集感觉、识别、情况分析、信息库和控制等各种功能于一体的综合信息系统)、汽车定位导航系统(GPS)，移动电话系统等。这些都大大方便了人们的出行，并且有些技术现在已经相当的成熟，例如GPS定位，它的静态相对定位的精度一般在几毫米几厘米范围内，动态相对定位的精度一般在几厘米到几米范围内。,7.1.1.2
5、新型能源动力汽车枝术及发展现状 新型能源，是相对于汽车使用的汽油和柴油传统能源而言的。就目前研究应用于汽车动力的新型能源来说，主要有各种代用燃料、天然气和液化石油气、太阳能以及燃料电池等。由此形成了代用燃料汽车、天然气汽车、液化石油气汽车、太阳能汽车、燃料电池汽车及其他各种电动汽车和混合动力汽车。,开发新型能源动力汽车的目的是为了降低及至最终取代有限的石油燃料资源，减少并最终消除汽车对大气环境的污染。目前汽车的动力源主要是汽油和柴油，而石油短缺与环境污染已严重制约了燃油汽车的发展。因此，高效、节能、低噪声、零排放的电动汽车(如图7-1所示)最近几年备受人们关注。尤其现在也有一些电动汽车已经进入
6、部分家庭。下面介绍一下国内外电动汽车发展现状。,图7-1时风电动汽车,新型能源动力汽车技术的内容涉及面极广，既包括能作为汽车动力能源的新型能源资源及其获取技术，也包括使用新型能源动力机械的开发技术，还包括与应用新型能源动力相匹配的汽车开发与控制技术。,1.国外电动汽车的发展现状 由于石油危机和环境污染，发展电动汽车已是相当迫切的要求了。美国通用汽车公司董事长几年前就预言：“如果在21世纪只依靠内燃机，没有一个汽车公司能兴旺起来。”目前全球大汽车商都在开发研制电动汽车。美国通用汽车公司1996年就已推出一款镍金属混合电池电动汽车，2000年推出的混合动力汽车每百公里平均油耗只有2.94升，新开发
7、的燃料电池电动汽车“氢动一号”性能优异。2003年11月24日，广州本田在广州国际车展上展示了HONDA燃料电池车。加拿大自2000年以来氢能燃料电池工业研发投入超过10亿加元。加拿大2004年宣布，将由氢燃料电池车承担2010年冬奥会期间部分运输任务。日本计划在2010年前，生产5万台燃料电池电动汽车，并力争在2020年燃料电池电动汽车社会保有量达500万辆以上，并规划建设3800个氢加注站。,2.国内电动汽车的研发实力 我国的燃油汽车总体落后国外先进水平二三十年，而在电动汽车的研发方面仅落后国外35年，某些技术甚至处于国际领先地位。在高性能电池方面，北京有色金属研究院先后完成了10150A
8、h等系列方形密封镍氢动力电池的开发工作，并于1999年底将其成功用于五人座电动轿车，一次充电行驶距离达225公里，电池性能表现优异。中科院大连化学物理研究所从1995年开始对质子交换膜燃料电池开展了系统研究开发，至今已申请了包括电极催化剂制备、电极制备、电池结构在内的二十五项中国发明专利。开发了具有自主知识产权的以氢气为燃料的六台五千瓦电池组构成的三十千瓦质子交换膜燃料电池堆。该电池堆整体性能相当于奔驰、福特与加拿大Ballard公司联合开发的MK7质子交换膜燃料电池电动车的水平。2004年东风汽车公司自主投资1000万元与武汉理工大学合作进行燃料电池汽车研究，成功研制出一台25kW级燃料电池
9、轿车“楚天一号”，专家评审认为，该车整体达到国际先进水平。,7.1.2 汽车电子控制技术的发展,电子技术的飞速发展和汽车相关法规(节能、安全、排放等)的建立是汽车电子控制技术形成与发展的两大主要因素。汽车电子控制技术形成和发展过程可分为3个阶段。,第一阶段：电子装置代替某些机械部件,第二阶段：电子装置被应用于某些机械装置无法解决的复杂控制系统,第三阶段：电子装置成为汽车设计中必不可少的装置,7.2 汽车的未来发展趋势,道路交通的发展是推动汽车技术发展的主要因素。以高速公路启动和发展为标志的我国公路网等级提高就对汽车高速性能提出了迫切要求。城市交通日益拥挤，也必须在环境保护方面，诸如汽车的排放、
10、噪声、电波污染等做出越来越严格的规定。 另一方面，汽车作为社会能源消耗的一个重要方面，车用能源的节约和多样化也为公众所关注。 上述要求促使汽车的各项技术功能，包括动力性，操纵稳定性，燃料经济性，舒适性，制动性，可靠性以及环境要求都在不断改进和优化之中。 在汽车技术进步过程中，来自各方面的要求往往是互相矛盾和牵制的。所以在促进汽车技术进步过程中，必须综合考虑，尽量使得多方面功能有所改善的同时又不使其他重要功能损失过多。因此汽车的发展主要体现在以下几个技术方面。,7.2.1 安全技术方面,在汽车技术中，有助于减轻事故后果的功能称为被动安全性，而有助于防止事故发生的功能则属于主动安全性。 在被动安全
11、方面，为保证乘员必要的生存空间，要求车头是可变形而且能吸收能量的。而乘坐室则应尽可能刚劲，稳定。 同时，要在撞车时尽量避免乘员与车内其他部件，如风窗玻璃、转向盘等相撞。所以要有完善的乘员约束系统。由于侧向碰撞保护日益迫切，己陆续推出了一共侧向防护装置。 在主动安全方面，改进制动性能是第一位的。其中制动时防止车轮抱死至关重要。目前努力把常用的“阶段调节”更新为“无波动调节”，以便能更好地利用道路与轮胎间的摩擦力。 为保持汽车的操纵性能的汽车驱动力控制系统。 为了提高驾驶员安全性，研制的直观显示屏，仪表板上的信息通过光学系统和设在风窗玻璃中的全息半镜，直接出现在驾驶员的视野里，就像是汽车前面几米远
12、的实际图像。,7.2.2 节能和多种燃料技术,加强车身各个细部的研究来减小轿车空气阻力系数。 在大型货车方面也广泛采用了各种导流装置有效降低行驶阻力。 在大型车辆上通过选用轻质材料减轻车辆自重，降低油耗。 推广电控直接喷射汽油发动机的原因是它能按照发动机的不同工况和复杂的使用条件，精确地供应所需的最佳混合气成分，一般可以节油5%20。进一步的发展在于寻求可变气门定时方法以及随负荷降低而增大压缩比的可变压缩比的方法。柴油机的电子控制喷油以及在高速柴油机中用直接喷射取代间接喷射，都将有助于油耗的降低。鉴于世界石油资源有限，各国除了对汽车节能不断关注外，还积极探讨多种燃料的应用。太阳能电他汽车、电动
13、汽车、液化石油气汽车、压缩天然气汽车以及使用甲醇燃料的汽车等都在试验、开发和产品化过程中。,7.2.3 环保技术,电控发动机为排气净化做出了贡献。进一步开发发动机在全部负荷范围内净化技术，在柴油机中适应瞬时工况控制和调节喷油量，减少炭烟形成和微粒排放。正在研究废气过滤系统的应用。 燃用液化石油气和压缩天然气的发动机，同样要完善燃料供给系统，采用电控装置来达到排气净化的目的。 研制能承受更高温度的催化剂 装有复合驱动系统(柴油机电机)的汽车已经进入市场、在人口密集的市区内，对噪声和废气排放极为敏感，使用电力驱动。而在公路行驶时，柴油机作为主要动力。电动汽车中纯电动汽车(PEV)、混合动力汽车(H
14、EV)、燃料电池电动汽车(FCEV)技术的发展及应用，更体现出了绿色环保的新理念。 在噪声污染方面，轮胎噪声日益突出。轮胎两半边花纹相对错开的低噪声轮胎也已有厂家供应。 采用无氟利昂空调设备。 在开发设计时就充分满足回收工程的要求，比如尽量少用硬塑料和热塑性塑料，并保证报废车上的塑料件容易分离。,7.2.4 舒适性技术,坐姿人体受振特性是汽车舒适性开发的重要出发点。 在我国，公路卧铺客车已广泛用于长途班线，这是卧姿人体受振特性研究成果的成功转化，在其他国家此类客车极为少见。 车内噪声是舒适性的一项重要指标。目前，利用重叠声场相干的原理研究积极减噪的尝试都在进行，首先是减小驾驶员头枕处的噪声。
15、改善车内居住性是舒适性技术的一个重要方面。 减轻驾驶员疲劳的努力一直没有停止。所以车辆控制，导航系统与驾驶员的驾驶乐趣如何协调将是舒适性技术需要探讨的一个新的方面。 面对老龄驾驶者人数的增加，家用车辆生产厂家都在研制老年用车。包括上下车的方便性，坐位比较宽敞，驾驶比较轻松等。老年用车市场潜力很大，所以这方面的研究前景可观。,7.2.5交通流适应技术,交通管理系统的发展要求汽车技术与之协调。目前已广泛采用的是交通信息系统；正在推广的是行车引导系统；正在试验的是列队自动驾驶系统。,7.2.5.1交通信息系统 初期曾尝试在路口信号灯前方通过外部光信号为驾驶员建议合适的速度以求到达路口时恰好是绿灯。继
16、而，在车内显示汽车相对于前方信号灯变换相位的位置，使驾驶员了解车速快慢的影响。 7.2.5.2行车引导系统 该系统包括车载电子装置，道路信号柱上的红外发送装置和接收装置，以及交叉路口上电子控制柜。车载电子装置的核心是导航计算机。行车开始时驾驶员输人起止点坐标，随后即可向驾驶员一路提供行车方向指示。 7.2.5.3列队自动驾驶系统 该系统可以大幅度增加交通通行能力。列队行驶的间隔小，因而大大降低了空气阻力，又保持车速均匀，油耗和排放都可大幅降低。驾驶员可以解脱，但也有随时“离队”的自由。,7.2.6 汽车电子技术,在上述各项技术发展中，电子技术已经取代了许多机械系统，尤其是在精密复杂的控制系统中，它使汽车某些总成能从单纯调节作用发展到实现闭环控制。今天汽车己成为机电一体化的产品。 轿车上装用的电子装置有：发动机与传动系上的怠速控制，空燃比控制，停车起动系统，变速器电子控制，数字式燃油喷射，爆震控制，点火正时控制等；改善安全性能的有大灯调节与清洁装置，车窗刮水与刷洗控制，防抱死制动系统，牵引力控制系统，随负荷变化的维护里程间隔指示器，燃油系和磨损件监控系统，空气囊充气装置，安全带拉紧装置，
